生物物理学 · 22.04
活動電位による感覚情報の符号化
Information coding by the action potential
🧠 活動電位は振幅が一定でも、発火頻度firing rate発火頻度(firing rate)firing rate(発火頻度)・時間パターン・通る神経経路・動員される線維数で多次元の感覚情報を表せる。
受容器電位receptor potential受容器電位(receptor potential)receptor potential(受容器電位)の連続的な振幅情報は、全か無かの活動電位そのものの大きさではなく、発火頻度firing rate発火頻度(firing rate)firing rate(発火頻度)・発火時刻・動員数へ変換される。
何をどう符号化するか
| 情報 | 主な符号化 encoding 符号化(encoding) encoding(符号化) 機序 |
|---|---|
| 種類 | 標識線labelled line 標識線(labelled line)labelled line(標識線) :どの受容器・経路が活動したか |
| 強度intensity強度(intensity)intensity(強度) | 発火頻度firing rate 発火頻度(firing rate)firing rate(発火頻度) と動員 |
| 持続 | スパイク列spike train スパイク列(spike train)spike train(スパイク列) の長さと順応パターンadaptation pattern順応パターン(adaptation pattern)adaptation pattern(順応パターン) |
| 場所 | 受容野receptive field 受容野(receptive field)receptive field(受容野) と集団活動パターン |
flowchart TD
A["感覚刺激"] --> B["様式:経路の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pathway identity'>同一性</span>"]
A --> C["強度:<span class='jp-term jp-term-diagram' title='firing rate'>発火頻度</span>+線維の動員"]
A --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='duration'>持続時間</span>:発火の時間パターン"]
A --> E["位置:<span class='jp-term jp-term-diagram' title='receptive field'>受容野</span>"]
B --> F["中枢で統合された知覚"]
C --> F
D --> F
E --> F
強刺激では単一線維の発火頻度 firing rate 発火頻度(firing rate) firing rate(発火頻度) が上がるだけでなく、閾値の高い周辺受容器も動員される。場所は活動した求心性線維 afferent fiber 求心性線維(afferent fiber) afferent fiber(求心性線維) の標識と、隣接する受容野 receptive field 受容野(receptive field) receptive field(受容野) 間の相対活動から推定される。
💡 視神経を機械的に刺激しても「光」と感じるのは標識線原理 labelled-line principle 標識線原理(labelled-line principle) labelled-line principle(標識線原理) の例である。ただし感覚様式 modality 感覚様式(modality) modality(感覚様式) は経路の同一性 pathway identity 同一性(pathway identity) pathway identity(同一性) だけで完結せず、複数線維の組合せと集団相互作用も寄与する。1
まとめ
- 活動電位の振幅ではなく発火頻度 firing rate発火頻度(firing rate) firing rate(発火頻度)・時間パターン・動員線維数が情報を運ぶ。2
- 感覚様式modality 感覚様式(modality)modality(感覚様式) は標識線 labelled line 標識線(labelled line) labelled line(標識線) と集団相互作用、強度は発火頻度 firing rate発火頻度(firing rate) firing rate(発火頻度)・時間構造・動員で表す。
- 時間・場所は順応パターン adaptation pattern順応パターン(adaptation pattern) adaptation pattern(順応パターン)、受容野receptive field受容野(receptive field)receptive field(受容野)、集団符号化population coding 集団符号化(population coding)population coding(集団符号化) で表現される。
出典
- 1.Encoding Taste: From Receptors to Perception(Handbook of Experimental Pharmacology・2022)感覚様式が標識線だけでなく集団・時間符号でも表現されること閲覧 2026-08-20
- 2.Encoding sound in the cochlea: from receptor potential to afferent discharge(The Journal of Physiology・2021)聴覚情報が場所・発火率・時間符号を並列に用いること閲覧 2026-08-20